Соління

Висолювання - метод очищення, який використовує знижену розчинність певних молекул у розчині з дуже високою іонною силою. Висолювання зазвичай є, але не обмежується, осадженням великих біомолекул, таких як білки.

Вступ

На відміну від засолювання в, засолення відбувається у водних розчинах з високою іонною силою, які зменшують розчинність молекули, спричиняючи осад деяких білків. В ідеалі, тип використовуваної солі та концентрацію солі можна варіювати, щоб вибірково осадити молекулу. Насправді засолювання є ефективним засобом для початкового очищення молекули, але йому не вистачає можливості точного виділення конкретного білка.

Механізм, що стоїть за засолюванням

Конформація великих біомолекул in vivo, як правило, контролюється гідрофобними та гідрофільними взаємодіями з клітинним середовищем. Ці взаємодії значною мірою регулюють остаточну конформацію молекули, згортаючись таким чином, що більшість гідрофобних функціональних груп захищаються від полярного клітинного середовища. Для досягнення цієї конформації молекула згортається таким чином, що всі гідрофобні частини молекули агрегуються разом, а гідрофільні групи залишаються взаємодіяти з водою. У випадку з білками саме заряджені амінокислоти дозволяють здійснювати селективне засолення. Заряджені та полярні амінокислоти, такі як глутамат, лізин та тирозин, вимагають, щоб молекули води оточували їх, щоб залишатися розчиненими. У водному середовищі з високою іонною силою молекули води оточують заряди іонів і білків. При певній іонній силі молекули води вже не здатні підтримувати заряди як іонів, так і білків. Результатом є осадження найменш розчинної розчиненої речовини, такої як білки та великі органічні молекули.

Серія Гофмейстера

Висолювання може бути потужним інструментом для розділення класів білків, що відрізняються за розміром, зарядом та площею поверхні серед інших характеристик. Одним із методів контролю опадів є використання різних ефектів різних солей та їх відповідних концентрацій. Здатність солі викликати селективні опади залежить від багатьох взаємодій з водою та розчиненими речовинами. Дослідження Франца Гофмейстера на початку 20 століття організували різні аніони та катіони за їх здатністю солити.

Впорядкування катіонів і аніонів називається серією Гофмейстера (1). Катіони розташовані наступним чином

NH4 +> K +> Na +> Li +> Mg 2+> Ca 2+

де амоній має найвищу здатність до осадження інших білкових розчинених речовин. Так само порядок для аніонів такий

Між катіонами та аніонами у розчині концентрація аніона зазвичай найбільше впливає на осадження білка.

Однією з найбільш часто використовуваних солей є сульфат амонію, який, як правило, використовується, оскільки іони, що утворюються у водному розчині, дуже високі в серії Хофмейстера, а їх взаємодія з самим білком є відносно низькою. Інші іони, такі як йодид, дуже добре осідають білки, але не використовуються через їхню схильність до денатурації або модифікації білка.

Соління залежить від змін розчинності на основі іонної сили. Іонна сила розчину I визначається як

\ (m_i \) - концентрація іона і
\ (z_i \) - заряд іона.

Загальна іонна сила декількох іонів - це сума іонної сили всіх іонів. Використовуючи обмежувальний закон Дебая-Хюккеля, заданий

\ (I \) - іонна сила
\ (z _ + \) - катонічний заряд електроліту для \ (\ gamma_ \ pm \)
\ (z _- \) - аніонний заряд електроліту для \ (\ gamma_ \ pm \)
\ (\ gamma \) - середній коефіцієнт іонної активності
\ (Т \) - температура розчину електроліту
\ (\ epsilon \) - відносна діелектрична проникність розчину

яка може бути пристосована для водного розчину при 298 K,

\ [\ log \ gamma_ \ pm = - 0,509 | z_ + z_- | \ sqrt I \ label \]

розчинність, \ (S \), певного водний розчинену речовину можна визначити як

\ [\ log \ dfrac \ = - 0,509 | z_ + z_- | \ sqrt I -K 'I \ label \]

\ (K '\) - це константа, яка залежить від розміру розчиненої речовини та присутніх іонів,
\ (S \) - розчинність і
\ (S_0 \) - розчинність у чистому розчиннику.

Проблеми

1. Звичайною сіллю, яка використовується для осадження білка, є сульфат амонію, обчислюють іонну силу 4 г, доданого до 1230 мл 0,1 М NaCl.

2. Який із наведених поліпептидів, швидше за все, осіде першим при рН 4: AAVKI або DDEKVK

3. Оскільки осадження білка залежить від того, яка сіль використовується, яка з наведених солей осаджує білок при найнижчій концентрації розчину солі?

LiI
NaBr
K2SO4
LiF

4. Білок Y був щойно відкритий вченими в національній лабораторії. Вченим вдалося очистити білок з деяким осадом у їх колбі. Однак їх врожайність була дуже низькою, щоб вирішити їх проблему, екстрагували решту білка з розчину. Вони додали 58 г NaCl до 1 л їх білкового розчину для того, щоб засолити білок Y. Після додавання NaCl вони помітили, що в розчині більше немає деякого з осаджених раніше білків. У чому причина зникнення осаду?

Відповіді

2 Хоча іонна сила має значення, не можна забувати, що нормальні правила розчинності все ще діють, і поліпептид AAVKI, швидше за все, осіде спочатку, враховуючи його майже повну неполярну природу.

4. Іонна сила розчину після додавання 58 г NaCl становила близько 1. У цьому випадку іонна сила була в області, де відбувається засолення. Звідси зникнення осаду.